реферат. Реферат_мЭСГ-201_Кизиловская_ДМ_ТДН. Реферат по дисциплине Технологии двойного назначения Тема Технологии двойного назначения в авиационном и ракетнокосмическом двигателестроении
 Скачать 35.4 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ФГБОУ ВО «ВГТУ», ВГТУ) Факультет машиностроения и аэрокосмической техники Кафедра нефтегазового оборудования и транспортировки РЕФЕРАТ по дисциплине: «Технологии двойного назначения» Тема: «Технологии двойного назначения в авиационном и ракетно-космическом двигателестроении» Разработал студент группы мЭСГ-201  08.06.2021 Кизиловская Д.М.Подпись, дата Инициалы, фамилия Руководитель работы _____________А.В. Оганесян Подпись, дата Инициалы, фамилия Защищена____________________ Оценка___________________ Дата Воронеж 2021 СОДЕРЖАНИЕ Введение 3 1 Особенности работы с криогенными компонентами в ЖРД для адаптации к технологиям СПГ 4 2 Математическое моделирование в ЖРД и его адаптация 7 к задачам нефтегазового дела Заключение 11 Список литературы 12 ВВЕДЕНИЕ Ракетно-космическая отрасль (РКО) является одним из направлений деятельности российской экономики, соответствующим мировому уровню. Она занимает лидирующее место по освоенным направлениям развития космической науки и техники, а также по результатам научно-технических достижений на каждом из этих направлений. Поэтому данная отрасль играет важную роль в реализации крупномасштабных международных космических проектов. Ракетно-космический вид деятельности представляет собой сложную и наукоемкую отрасль машиностроения и включает в себя совокупность научно-исследовательских, производственных и других предприятий и организаций, деятельностью которых является разработка ракетно-космической техники, предназначенной для различных целей. На сегодняшний день технологии, используемые в РКО, служат не только для освоения космического пространства, но и для земных целей. Например, для развития нефтегазовой отрасли. 1 Особенности работы с криогенными компонентами в ЖРД для адаптации к технологиям СПГ Криогенные компоненты ракетного топлива (КРТ) позволяют получать в камерах сгорания (КС) жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) значительно более высокие удельные импульсы, чем при использовании только высококипящих КРТ. Кроме того, в отличие от высококипящих КРТ, криогенные компоненты не токсичны и не загрязняют окружающую среду. Однако высококипящие КРТ могут храниться при обычных температурах в резервуарах наземных систем и баках ракеты, низкокипящие же компоненты (жидкие кислород и фтор как окислители, жидкий водород и сжиженный природный газ как горючие), имеющие температуру существования ниже 120 K, требуют особых условий хранения и эксплуатации. Низкие температуры криогенных жидкостей обусловливают неизбежные теплопритоки из окружающей среды, которые в сочетании с малыми значениями теплоты фазовых переходов, а также малым диапазоном существования в жидком состоянии, приводят к непрерывному изменению их параметров, усиливают возможность фазовых переходов и потери продуктов. В жидкостных криогенных системах практически отсутствуют стационарные режимы работы, в которых параметры продукта остаются неизменными, а процессы на переходных режимах отличаются сложностью и многообразием форм. Возникающие при этом динамические нагрузки имеют высокую интенсивность. В случае недостаточного первоначального прогрева жидкости в потоке появляется паровая фаза компонента и ее параметры существенно изменяются, увеличивая нагрузки на оборудование. Методы эффективного использования, а также негативные и опасные факторы и явления, способные возникнуть при эксплуатации криогенного оборудования, необходимо учитывать при создании и выборе режимов его эксплуатации. Рассмотрим принцип работы установки, предназначенной для получения криогенных компонентов ракетного топлива [1]. Процесс охлаждения осуществляется в секциях теплообменника-охладителя топлива путем его перекачки по замкнутому контуру. Жидкий азот в теплообменники подается вытеснением его газообразным азотом из стационарных или транспортных резервуаров. Распределение потоков горючего и жидкого азота по секциям теплообменников осуществляется с помощью блока арматуры. После испарения и отвода от горючего необходимого количества теплоты газообразный азот отводится в дренажную систему. Сложность создания таких установок состояла в исключении замерзания ракетного горючего в связи с большой разностью температур между кипящим азотом и охлаждаемыми компонентами, преимущество - в исключении загрязнения окружающей среды и сохранении горючего при охлаждении в кондиции по параметрам газо- и влагосодержания. Теперь перейдем к рассмотрению принципа работы установки для получения сжиженного природного газа. Природный газ поступает на турбокомпрессоры, работающие на одном валу с турбодетандерами. В 2-х ступенчатом турбокомпрессоре давление газа повышается, затем сжатый газ последовательно охлаждается в теплообменниках и поступает в вымораживатель, состоящий из 3-х теплообменников, где за счет использования холода обратного потока газа из теплообменника происходит вымораживание влаги. Очищенный газ после фильтра разбивается на два потока. Один поток (большую часть) направляют в вымораживатель для рекуперации холода, а на выходе из вымораживателя через фильтр подают последовательно на турбодетандеры, а после них направляют в обратный поток на выходе из сепаратора. Второй поток направляют в теплообменник, где после охлаждения дросселируют через дроссель в сепаратор, в котором производят отделение жидкой фазы от его паров. Жидкую фазу (сжиженный природный газ) направляют в накопитель и потребителю, а паровую фазу подают последовательно в теплообменник, вымораживатель и теплообменник, а после него в магистраль низкого давления, расположенную после газораспределительной станции. Через определенное время работающий вымораживатель переводят на отогрев и продувку газом низкого давления из магистрали, а на рабочий режим переводят другой вымораживатель. Как мы видим, указанные установки имеют сходства в принципе работы. 2 Математическое моделирование в ЖРД и его адаптация к задачам нефтегазового дела Чтобы понять, как можно адаптировать математическое моделирование в жидкостных ракетных двигателях (ЖРД) для задач нефтегазового дела, необходимо понять, что оно собой представляет, и какие именно вопросы решаются с его помощью. Математическое моделирование в ЖРД призвано выявить характерные особенности функционирования и выбрать оптимальные статические и динамические характеристики узлов и агрегатов двигателя на основе глубокого теоретического анализа создаваемой конструкции и процессов, происходящих как в агрегатах, так и в двигателе в целом. С помощью математического моделирования задолго до создания реальных узлов, агрегатов и двигателя в целом удается «прочувствовать» особенности работы ЖРД. Математическое моделирование должно сопровождать весь «жизненный цикл». На этапе технического предложения и эскизного проектирования с помощью математического моделирования [2]: – анализируются и выбираются схемные решения ЖРД с целью оптимизации его энергетических характеристик и параметров; – рассчитываются основные статические и динамические характеристики регулирующих устройств двигателя; – выбирается циклограмма срабатывания регулирующих органов; – определяются амплитудно-фазовые частотные характеристики (АФЧХ) двигателя; – исследуются вопросы внутридвигательной устойчивости процессов; – оценивается совместная работа двигателя с ракетными и стендовыми системами и исследуется ряд других вопросов. На этапе экспериментальной отработки: – уточняются требования к циклограмме работы двигателя; – оптимизируются характеристики агрегатов и основные параметры двигателя; – анализируются аварийные и аномальные ситуации. На этапе серийного производства двигателей: – оценивается влияние технологических отклонений, возникающих при изготовлении двигателя, на его эксплуатационные свойства и надежность; – анализируются и моделируются нештатные ситуации; – исследуются новые конструктивные решения, направленные на модернизацию двигателей. Математическая модель представляет собой детерминированное описание нелинейными дифференциальными и алгебраическими уравнениями всех основных процессов, происходящих в узлах, агрегатах и двигателе в целом при его функционировании. При ее разработке используют представления о простейших гидродинамических элементах активного сопротивления, массы и емкости, отражающих одно определенное свойство моделируемой среды (инерционность, сжимаемость, вязкость) и описываемых уравнениями соответствующего фундаментального физического закона – сохранения количества движения, энергии и неразрывности течения. Математические модели принято разделять на статические, описывающие стационарные режимы работы ЖРД, и динамические, описывающие нестационарные режимы, в которых все проявляющиеся скорости переменны. Только в динамике проявляются и влияют на протекание процессов инерция перемещаемых масс и вращающихся масс; тепловая инерция при передаче и распространении тепловых потоков; деформация стенок магистралей и элементов конструкций; сжимаемость жидкости и газа; изменение временных запаздываний при воспламенении и горении компонентов топлива. Теперь перейдем к рассмотрению математического моделирования, применяемого для решения задач в нефтегазовом деле. Для того чтобы добыть нефть или газ и получить товарный продукт необходимо пройти множество стадий: разведка полезных ископаемых, разведочное бурение, обустройство месторождений, создание инфраструктуры, строительство и эксплуатация магистральных трубопроводов, хранение нефти газа и продуктов, проектирование и эксплуатация переработки нефти и газа, доставка продуктов к рынкам сбыта и др. Каждая стадия требует подготовки и решения множества технических задач. Решением этих задач занимаются проектные институты. Проектирование технических объектов осуществляется на основании разработанных методик и моделей процессов и целей поставленных для реализации поставленных задач. Наибольшее распространение математическое моделирование получило в следующих задачах [3]: – механические модели деформации среды; качественное описание процессов деформации основаны на различных теоретических моделях. Для построения замкнутой теории движения среды должна быть известна связь между кинематическим и динамическим состояниями частицы, в частности между напряжениями и деформациями, выражаемая при помощи механического уравнения состояния тела. К простым средам относятся следующие тела: упругое, вязкое, жесткопластическое. Механическое уравнение состояния упругого тела выражается при помощи закона Гука. – математические модели несжимаемых жидкостей; Данные модели помогают исследовать течение несжимаемой жидкости, например, нефти или нефтепродукта в трубопроводе. Такие модели имеют ряд допущений [4]: изменение плотности жидкости много меньше ее номинального значения; изменение площади сечения трубопровода много меньше ее номинального значения; температура жидкости считается постоянной. – математические модели движения смеси жидкости и газа; Данная модель позволяет изучить движение смеси жидкости и растворенного в ней газа. Математическая модель может служить для описания движения газоконденсатной смеси в трубах или пористой среде. В газоконденсатной системе в отличие от газонефтяной при снижении давления выпадает жидкость-конденсат. Следовательно, в выделенный объем поступает газ с конденсатом. Принимая, что выпавший конденсат неподвижен, и пренебрегая изменением массы газа от выпадения конденсата, можно применить закон постоянства массы для определения изменения насыщенности конденсатом рассматриваемого объема. – математические модели тепловых процессов; Такие модели можно применять для изучения, например, транспортировки высоковязких нефтей. Для тепловых процессов закон сохранения энергии отражается в виде первого закона термодинамики, который формулируется следующим образом: бесконечно малое изменение внутренней энергии состоит из двух частей — из количества тепла, полученного телом, и произведенной телом работы. Работа при поступлении тепла зависит от начального и конечного состояния тела и от пути, по которому изменяется состояние тела. В связи с этим нельзя рассматривать тепловой эффект процесса как разность этих количеств в конечном и начальном состояниях. Из приведенной информации можно сделать вывод, что математическое моделирование для ЖРД и нефтегазового дела имеются общие черты, так как в их основе лежат одни и те же фундаментальные физические законы. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Представленный материал наглядно демонстрирует применение технологий ракетно-космического двигателестроения в качестве технологий двойного назначения. Данные технологии являются передовыми для нефтегазовой отрасли, так как до определенного момента им не находилось применение. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Александров А.А. Особенности создания и развития криогенных систем ракетно-космических стартовых комплексов «Союз» / А.А. Александров, И.В. Бармин, И.Д. Кунис, В.В. Чугунков // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. №2. С. 7-27. 2 Каторгин Б.И. Математическое моделирование процессов в современных ЖРД / Б.И. Каторгин, В.К. Чванов, Е.Н. Беляев, В.В. Черваков // Двигатель. – 2002. – №4. – С. 13–16. 3 Зарипов Р.М. Математическое моделирование в задачах нефтегазовой отрасли: учеб. пособие / Р.М. Зарипов, И.Н. Сулейманов, Р.Я. Хайбуллин. – Уфа: Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2018. – 208 с. 4 Лурье М.В. Математическое моделирование процессов трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Учебное пособие / М.В. Лурье. – М.: Изд. Центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2012. – 456 с. |